工业纯铁虽然塑性较好，但强度较低，所以很少用它制造机械零件，常用的是铁碳合金。铁碳合金中的相结构有以下几种。

(1)铁素体。纯铁在912℃以下具有体心立方晶格。碳溶于α- Fe中的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。由于是体心立方品格间隙的直径很小，因而溶碳能力差，在727℃时溶碳量最大（wc=0.0218%）；随着温度下降，溶碳量逐渐减少，在600℃时溶碳量约为wc=0.0057%，因此其室温时的性能几乎与纯铁相同，数值如下：

抗拉强度σb    180~280MPa

屈服点σs    100~170MPa

伸长率δ    30%~50%

断面收缩率ψ    70%～80%

冲击韧度αK    160~200J/cm²

硬度    ~80HBW

由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。

铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。

(2)奥氏体。碳溶于γ- Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。由于γ- Fe是面心立方晶格，它的致密度虽然高于体心立方晶格的α- Fe，但由于其晶格间隙的直径要比α- Fe大，故溶碳能力也较大。在1148℃时，溶碳能力最大（wc=2.11%）；随着温度下降，溶碳量逐渐减少，在727℃时的溶碳量为wc=0.77%。

奥氏体的性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的硬度为170~ 220HBW，伸长率为40%～50%，因此，奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成形。

奥氏体存在于727℃以上的高温范围内。奥氏体为非铁磁性相。

(3)渗碳体。渗碳体的分子式为Fe₃C，它是一种具有复杂品格的间隙化合物。

渗碳体的wc=6.69%，熔点是1227℃；不发生同素异构转变；但有磁性转变，它在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性；硬度很高(950～1050HV)，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。

渗碳体中碳原子可被氮等小尺寸原子置换，而铁原子则可被其它金属原子（Cr、Mn等）置换。这种以渗碳体为溶剂的固溶体称为合金渗碳体，如(Fe，Mn)3C，(Fe，Cr) 3C等。

渗碳体在钢和铸铁中与其它相共存时呈片状、球状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形态和分布对钢的性能有很大影响。同时，渗碳体在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳。